KR101236430B1 - 조합형 열교환기를 위한 열방출 기구 - Google Patents

조합형 열교환기를 위한 열방출 기구 Download PDF

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Abstract

다중유체 열교환기 및 그 제조방법이 제공된다. 열교환기의 기다란 헤더에는 상기 기다란 헤더의 한 쌍의 배플 사이, 및 열교환기의 제1 코어와 제2 코어 사이에 절결부가 제공된다. 상기 기다란 헤더의 횡단면의 적어도 대부분은 제1 코어 및 제2 코어의 상대적인 열적 성장을 허용하도록 절결부에서 제거된다.
열교환기, 다중유체, 헤더, 매니폴드, 절결부, 횡단면, 열전달

Description

조합형 열교환기를 위한 열방출 기구 {THERMAL RELIEF MECHANISM FOR COMBINATION-TYPE HEAT EXCHANGERS}
도 1 내지 도 5B는 본 발명에 다른 열방출 기구를 포함하는 조합형 열교환기를 나타내는 도면이다.
도 6A 내지 도 11C는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 열교환기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 2개 이상의 유체를 위한 열교환기가 공통의 매니폴드 또는 헤더를 공유하는 조합형 열교환기에 관한 것이며, 승용차, 버스, 트럭 등의 자동차 시스템에 사용되는 열교환기에 적용되는 것이다.
소위 조합형 열교환기는 각각의 매니폴드 또는 헤더에 하나 이상의 배플(baffle)을 포함하여, 각각의 헤더의 내부를 적어도 제1 작동유체용 제1 섹션 및 제2 작동유체용 제2 섹션으로 분할하고 각각의 작동유체는 공통의 매니폴드의 각 섹션과 연결되는 각각의 열교환 튜브를 통해 유동되도록 형성된다. 이러한 구성은 의도한 목적에는 적절하지만, 각각의 작동유체에 대한 각각의 코어 또는 튜브 가 예를 들어 평행한 유동 구성과 같이 동일한 평면에 모이는 구성에서 공유된 매니폴드의 각각의 섹션에서의 상이한 작동유체 사이의 온도 차이가 큰 경우에는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 조합형 열교환기의 계속적인 개선이 필요하게 되었다.
본 발명은 조합형 열교환기의 하나 또는 2개의 공통 헤더를 구획하거나 평행하게 구획함으로써 열교환기 코어 튜브 상의 변형을 감소시킨다. 본 발명은 또한 열교환기가 종래의 방법을 이용하여 조립될 수 있도록 한다. 본 발명은 코어 조립 시나 후에, 또는 브레이징 후에 헤더를 커팅할 수 있도록 한다. 커팅은 소잉(sawing) 또는 펀칭(punching)에 의해 이루어질 수 있다.
헤더를 부분적으로 구획 또는 커팅하는 옵션은 열교환기가 시스템에 그대로 장착될 수 있도록 하고, 자동차의 열적 가동 동안에 헤더의 섹션이 분리될 수 있도록 한다. 또한, 헤더를 부분적으로 커팅하는 것은 코어의 조립 전에 이루어질 수 있으며, 최종 커팅은 코어의 조립 시 또는 조립 후에 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 열교환기의 제1 부분의 제1 유체와 공통 유체 사이, 및 열교환기의 제2 부분의 제2 유체와 공통 유체 사이의 열전달을 위한 다중유체(multi-fluid) 열교환기가 제공된다. 열교환기는 기다란 제1 및 제2 헤더 파이프, 제1 및 제2 코어 섹션, 및 제1 헤더 파이프 내의 한 쌍의 배플을 포함한다. 기다란 제1 헤더 파이프는 상기 제1 헤더 파이프의 길이를 따라 이격되어 있는 복 수의 튜브 수용 개구부를 갖는다. 기다란 제2 헤더 파이프는 상기 제2 헤더 파이프를 따라 이격되어 있는 복수의 튜브 수용 개구부를 갖는다. 제1 코어 섹션은 복수의 평행하게 이격되어 있는 튜브를 포함하고, 각각의 튜브는 제1 및 제2 단부를 가지며, 제1 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되는 제1 단부 및 제2 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되는 제2 단부에 의해 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프 사이의 제1 유체가 튜브의 내부를 통해 흐르도록 한다. 제2 코어 섹션은 복수의 평행하게 이격되어 있는 튜브를 포함하고, 각각의 튜브는 제1 및 제2 단부를 가지며, 제1 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되는 제1 단부 및 제2 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되는 제2 단부에 의해 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프 사이의 제2 유체가 튜브의 내부를 통해 흐르도록 한다. 제2 코어는 제1 및 제2 헤더 파이프의 길이를 따라 제1 코어로부터 이격되어 있다. 제1 헤더 파이프에는 제1 코어와 제2 코어 사이의 위치에 한 쌍의 배플이 위치되어 제1 헤더 파이프의 내부를 제1 유체용 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체용 제2 유체 매니폴드로 구획한다. 제1 헤더 파이프는 상기 한 쌍의 배플 사이에 위치되는 절결부를 포함하고, 상기 절결부는 제1 헤더 파이프가 횡방향으로 절개됨으로써 형성된 것이다.
일 측면에 따르면, 상기 절결부는, 절개에 의해 상기 절결부에 잔류하는 제1 헤더 파이프의 잔류 부분이 열교환기의 작동 시에 열교환기의 열적 사이클링(thermal cycling) 하에서 절단될 수 있는 크기이다.
다른 측면에 따르면, 상기 절결부에 잔류하는 제1 헤더 파이프 부분이 모두 제거됨으로써 제1 헤더 파이프는 2개의 불연속 부분으로 분리된다.
또 다른 측면에 따르면, 제1 헤더 파이프의 튜브 개구부 중 하나가 절결부에 위치된다.
또 다른 측면에 따르면, 제1 헤더 파이프의 튜브 개구부 중 하나에는 튜브 단부가 수용되지 않는다.
또 다른 측면에 따르면, 절결부는 튜브 개구부 중 하나의 외측으로 헤더 파이프의 일부를 통해 연장되는 적어도 하나의 소우 커트(saw cut)에 의해 형성된다.
또 다른 측면에 따르면, 절결부는 튜브 개구부 중 하나의 반대쪽의 헤더 파이프의 측부를 따라 연장되는 소우 커트에 의해 형성된다.
또 다른 측면에 따르면, 절결부는 튜브 개구부 중 하나를 통해 연장되는 소우 커트에 의해 형성된다.
또 다른 측면에 따르면, 절결부는 제1 헤더 파이프와 대면하는 각각의 측부를 따라 연장되는 한 쌍의 소우 커트에 의해 형성된다.
또 다른 측면에 따르면, 절결부는 튜브 개구부를 가지고 있지 않은 것을 특징으로 한다.
또 다른 측면에 따르면, 사행 핀(serpentine fin)이 제1 코어와 제2 코어 사이에서 연장되며 제1 코어 및 제2 코어 모두에 연결된다.
또 다른 특징에 따르면, 열교환기는, 제2 헤더 파이프의 제1 코어와 제2 코어 사이의 위치에 위치되어 제2 헤더 파이프의 내부를 제1 유체용 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체용 제2 유체 매니폴드로 분할하는 한 쌍의 제2 배플을 더 포함하고, 제2 헤더 파이프는 한 쌍의 제2 배플 사이에 위치되는 제2 절결부를 포함하고, 상기 제2 절결부는 제2 헤더 파이프가 횡방향으로 절개됨으로써 형성된 것이다.
또 다른 특징에 따르면, 열교환기의 제1 부분의 제1 유체와 공통 유체 사이, 및 열교환기의 제2 부분의 제2 유체와 공통 유체 사이의 열전달을 위해 다중유체(multi-fluid) 열교환기를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은,
a) 각각이 제1 코어 섹션용 제1 유체 매니폴드 및 제2 코어 섹션용 제2 유체 매니폴드를 가지는 한 쌍의 기다란 헤더 튜브 사이에 평행하게 연장되는 제1 및 제2 유동 코어 섹션을 구비하는 열교환기를 제공하는 단계,
b) 상기 제1 유체 매니폴드와 상기 제2 유체 매니폴드 사이의 위치에서 상기 기다란 헤더 중 하나에, 상기 헤더의 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체 매니폴드를 연결하는 헤더의 적어도 일부분을 가지는 절결부를 제공하는 단계,
c) 상기 헤더의 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체 매니폴드가 상기 절결부에서 더 이상 연결되지 않도록, 상기 기다란 헤더 중 하나의 적어도 일부분이 절단되도록 상기 열교환기의 열적 사이클을 실행하는 단계
를 포함한다.
또 다른 특징에 따르면, 단계 b)는 상기 제1 및 제2 코어 섹션이 조립되고 상기 기다란 한 쌍의 헤더와 함께 브레이징 된 후에 상기 절결부를 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 특징에 따르면, 단계 b)는 상기 제1 및 제2 코어 섹션이 조립되고 상기 기다란 한 쌍의 헤더와 함께 브레이징되기 전에 상기 절결부를 제공하는 단계 를 포함한다.
도 1은 본 발명의 다중유체 열교환기를 구현하는 조합형 냉각기의 일부분을 나타낸다. 조합형 냉각기(10)는 각각이 편평한 열교환기 튜브(16, 18)를 수용하기 위한 복수의 관통된 튜브 슬롯(14)을 가지는 본질적으로 원통형인 튜브 형태의 공통 매니폴드 또는 헤더(12)를 포함한다. 튜브(16, 18)는 이들 각각의 제1 및 제2 열교환 유체가 조합형 열교환기(10)를 통해 흐르도록 함으로써, 제1 작동유체와 제2 작동유체 사이의 열이, 튜브(16, 18)의 외부에 흐르며 인접한 한 쌍의 튜브(16, 18) 사이에 위치되는 복수의 사행 핀을 통과하는, 일반적으로 공기인, 제3 유체로 전달된다. 매니폴드(12)는 제1 유체용 제1 섹션(22) 및 제2 유체용 제2 섹션(24)을 포함하고, 제1 섹션(22) 및 제2 섹션(24)은 한 쌍의 배플(26, 28)에 의해 구획된다. 한 쌍의 배플(26, 28)은 매니폴드(12)의 절단된 배플 슬롯(30)에 삽입되고 일반적인 브레이징 작업을 통해 튜브(16, 18), 핀(20), 헤더(12)가 모두 제 자리에 브레이징된다. 배플(26, 28) 사이의 관통된 튜브 슬롯(14A)의 위치에는 소우 커트(32)가 위치된다. 소우 커트(32)는 열교환기(10)의 나머지가 함께 조립되고 브레이징된 후에 형성된다. 이러한 소우 커트(32)는 도 5A 및 5B에도 도시되어 있으며, 도 2 내지 도 4에는 열교환기 전체가 도시되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 일부의 적용에서는 하나의 헤더(12)에만 소우 커트(32)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
도 6A-6B, 7A-7B, 8A-8B, 9A-9B, 10A-10B, 11A-11C는 도 1-5B의 소우 커트에 대한 다른 실시예를 나타낸다.
보다 구체적으로, 도 6A 및 6B는 부분 소우 커트(34)가 매니폴드(12)의 튜브 슬롯(14) 반대쪽으로부터 연장되어 튜브 슬롯(14A)과 소우 커트(34) 사이에서 연장되는 한 쌍의 연결 탭(36)을 남기도록 하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 7A 및 7B는 부분 소우 커트(38)가 매니폴드(12)의 튜브 슬롯(14A)과 동일한 쪽에 형성되어 매니폴드(12)의 튜브 슬롯(14) 반대쪽에 외주 연결 탭(40)을 남기도록 하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 8A 및 8B는, 매니폴드(12)가, 관통된 튜브 슬롯(14A) 근처의 매니폴드의 양쪽에 형성되고 슬롯(14A) 쪽으로 연장되어 매니폴드(12)의 튜브 슬롯(14) 반대쪽의 외주 연결 탭(46)을 제외하고 모든 부분이 제거되도록 하는 한 쌍의 소우 커트(42, 44)를 포함하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 9A 및 9B는, 매니폴드(12)가 배플(26, 28) 사이에 관통된 튜브 슬롯(14A)을 포함하지 않으나, 배플(26, 28)에 사용되는 슬롯(30)과 동일한 유형이며 매니폴드(12)의 양측에 한 쌍의 연결 탭(50)을 남기는 배플 슬롯(48)을 포함하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 10A 및 10B는 도 9A 및 9B의 실시예와 유사하나, 매니폴드(12)가 배플 슬롯(48)의 위치에 관통된 튜브 슬롯(14A)을 포함하는 다른 실시예를 나타낸다.
도 11A, 11B, 및 11C는, 매니폴드(12)가 관통된 튜브 슬롯(14A)을 포함하고 도 8A 및 8B의 실시예와 마찬가지로 양측에 소우 커트(52)를 가지지만, 소우 커트(52)가 튜브 슬롯(14A) 쪽으로 연장되지 않음으로써 연결 탭(46) 및 한 쌍의 측부 탭(54)을 남기는 다른 실시예를 나타낸다.
전술한 각각의 실시예는 하나 이상의 연결 탭을 포함하고, 열교환기(10)는 그대로 장착될 수 있으며, 즉 제1 및 제2 섹션(22, 24)이 연결 탭에 의해 서로 연결되고, 헤더 섹션(22, 24)은 연결 탭의 구조적인 결함을 초래하는 열응력에 의해 작동 중에 분리될 수 있다.
튜브(16), 및 바람직하기로는 연관되는 핀(fin)(20)은 냉각기(10)용 코어 섹션(60)을 형성하고, 튜브(18), 및 바람직하기로는 연관되는 핀(20)은 조합형 냉각기(10)의 다른 코어 섹션(62)을 형성한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 전술한 실시예 각각의 소우 커트(32, 34, 38, 42, 44, 52) 및 커팅된 배플 슬롯(48)은 한 쌍의 배플(26, 28) 사이에 위치되는 실시예의 대응 매니폴드에 절결부(64)를 형성한다는 것을 이해하여야 한다. 전술한 실시예에 있어서, 헤더(12)의 횡단면의 적어도 대부분은 헤더(12)의 바로 인접한 횡단면에 비해 제거된 것을 도면을 통해 알 수 있다.
전술한 실시예는 공통 매니폴드가 제1 및 제2 섹션만을 가지는 조합형 냉각기를 예시하였으나, 본 발명은 공통 매니폴드(12)가 2개 이상의 섹션을 가짐으로써 각각의 매니폴드(12)에 대하여 2개 이상의 소우 커트(32)가 형성되거나 다른 대안적인 실시예의 적용에도 유용하다.
본 발명은 조합형 열교환기의 하나 또는 2개의 공통 헤더를 구획하거나 평행하게 구획함으로써 열교환기 코어 튜브 상의 변형을 감소시킨다. 본 발명은 또한 열교환기가 종래의 방법을 이용하여 조립될 수 있도록 한다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 다중유체(multi-fluid) 열교환기로서, 상기 열교환기의 제1 부분의 제1 유체와 공통 유체 사이, 및 상기 열교환기의 제2 부분의 제2 유체와 공통 유체 사이의 열전달을 위한 열교환기에 있어서,
    자신의 길이를 따라 이격되어 있는 복수의 튜브 수용 개구부를 가지는 기다란 제1 헤더 파이프,
    자신의 길이를 따라 이격되어 있는 복수의 튜브 수용 개구부를 가지는 기다란 제2 헤더 파이프,
    복수의 평행하게 이격되어 있는 튜브를 포함하고, 각각의 상기 튜브는 제1 단부 및 제2 단부를 가지며, 상기 제1 단부는 제1 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되고 상기 제2 단부는 상기 제2 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되며, 상기 제1 헤더 파이프와 상기 제2 헤더 파이프 사이의 제1 유체가 상기 튜브의 내부를 통해 흐르도록 되어 있는 제1 코어 섹션,
    복수의 평행하게 이격되어 있는 튜브를 포함하고, 각각의 상기 튜브는 제1 단부 및 제2 단부를 가지며, 상기 제1 단부는 제1 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되고 상기 제2 단부는 상기 제2 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 대응되는 하나에 수용되며, 상기 제1 헤더 파이프와 상기 제2 헤더 파이프 사이의 제2 유체가 상기 튜브의 내부를 통해 흐르도록 되어 있는 제2 코어 섹션, 및
    상기 제1 헤더 파이프의 제1 코어와 제2 코어 사이에 위치되어 상기 제1 헤더 파이프의 내부를 제1 유체용 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체용 제2 유체 매니폴드로 구획하는 한 쌍의 제1 배플(baffle)
    을 포함하고,
    상기 제1 헤더 파이프는 상기 한 쌍의 제1 배플 사이에 위치되는 절결부를 포함하고, 상기 절결부는 상기 제1 헤더 파이프가 횡방향으로 절개됨으로써 형성되고,
    상기 절결부는, 상기 제1 헤더 파이프의 절개에 의해 상기 절결부에 잔류하는 상기 제1 헤더 파이프의 잔류 부분이 상기 열교환기의 작동 시에 상기 열교환기의 열적 사이클링(thermal cycling) 하에서 절단될 수 있는 크기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절결부에 잔류하는 상기 제1 헤더 파이프 부분이 모두 제거됨으로써 상기 제1 헤더 파이프가 2개의 불연속 부분으로 분리되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 하나가 상기 절결부에 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 하나에는 튜브 단부가 수용되지 않는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 튜브 수용 개구부 중 하나의 외측으로 상기 헤더 파이프의 일부를 통해 연장되는 하나 이상의 소우 커트(saw cut)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 튜브 수용 개구부 중 하나의 반대쪽의 상기 헤더 파이프의 측부를 따라 연장되는 소우 커트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 튜브 수용 개구부 중 하나를 통해 연장되는 소우 커트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 제1 헤더 파이프와 대면하는 각각의 측부를 따라 연장되는 한 쌍의 소우 커트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 절결부는 튜브 수용 개구부를 가지고 있지 않은 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제2항에 있어서,
    사행 핀(serpentine fin)이 상기 제1 코어와 상기 제2 코어 사이에서 연장되며 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어 모두에 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제2 헤더 파이프의 제1 코어와 제2 코어 사이의 위치에 위치되어 상기 제2 헤더 파이프의 내부를 제1 유체용 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체용 제2 유체 매니폴드로 분할하는 한 쌍의 제2 배플을 더 포함하고, 상기 제2 헤더 파이프는 상기 한 쌍의 제2 배플 사이에 위치되는 제2 절결부를 포함하고, 상기 제2 절결부는 상기 제2 헤더 파이프가 횡방향으로 절개됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 열교환기의 제1 부분의 제1 유체와 공통 유체 사이, 및 열교환기의 제2 부분의 제2 유체와 공통 유체 사이의 열전달을 위한 다중유체(multi-fluid) 열교환기를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 각각이 제1 코어 섹션용 제1 유체 매니폴드 및 제2 코어 섹션용 제2 유체 매니폴드를 가지는 한 쌍의 기다란 헤더 튜브 사이에 평행하게 연장되는 제1 및 제2 유동 코어 섹션을 구비하는 열교환기를 제공하는 단계,
    b) 상기 제1 유체 매니폴드와 상기 제2 유체 매니폴드 사이의 위치에서 상기 한 쌍의 기다란 헤더 중 하나에, 상기 헤더의 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체 매니폴드를 연결하는 상기 헤더의 적어도 일부분을 가지는 절결부를 제공하는 단계,
    c) 상기 헤더의 제1 유체 매니폴드 및 제2 유체 매니폴드가 상기 절결부에서 더 이상 연결되지 않도록, 상기 한 쌍의 기다란 헤더 중 하나의 적어도 일부분이 절단되도록 상기 열교환기의 열적 사이클을 실행하는 단계
    를 포함하는 다중유체(multi-fluid) 열교환기의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계 b)는 상기 제1 코어 섹션 및 상기 제2 코어 섹션이 조립되고 상기 한 쌍의 기다란 헤더와 함께 브레이징 된 후에 상기 절결부를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중유체(multi-fluid) 열교환기의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 단계 b)는 상기 제1 코어 섹션 및 상기 제2 코어 섹션이 조립되고 상기 한 쌍의 기다란 헤더와 함께 브레이징되기 전에 상기 절결부를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중유체(multi-fluid) 열교환기의 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 헤더 파이프의 횡단면 전체가 상기 절결부에서 제거됨으로써, 상기 제1 헤더 파이프가 2개의 불연속 부분으로 분리되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 헤더 파이프의 튜브 수용 개구부 중 하나가 상기 절결부에 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 제1 헤더 파이프의 대면하는 각각의 측부를 따라 연장되는 한 쌍의 소우 커트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 튜브 수용 개구부 중 하나의 외측으로 상기 헤더 파이프의 일부를 통해 연장되는 하나 이상의 소우 커트(saw cut)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 절결부는 상기 튜브 수용 개구부 중 하나의 바로 반대쪽의 상기 헤더 파이프의 측부를 따라 연장되는 소우 커트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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